Dawny gwiezdny pył rzuca światło na pierwsze gwiazdy
Dodane przez jacek dnia 08/03/2017 20:20:13
Najdalszy obiekt zaobserwowany przez ALMA

galaxy A2744_YD4,ALMA Artist?s impression of the remote dusty galaxy A2744_YD4
This artist?s impression shows what the very distant young galaxy A2744_YD4 might look like. Observations using ALMA have shown that this galaxy, seen when the Universe was just 4% of its current age, is rich in dust. Such dust was produced by an earlier generation of stars and these observations provide insights into the birth and explosive deaths of the very first stars in the Universe.
Źródło: ESO/M. Kornmesser
Astronomowie użyli ALMA do wykrycia olbrzymiej masy świecącego gwiezdnego pyłu w galaktyce z okresu gdy Wszechświat miał zaledwie cztery procent swojego obecnego wieku. Galaktyka ta jest obserwowana krótko po jej uformowaniu się i jest najdalszą galaktyką, w której wykryto pył. Są to także obserwacje najbardziej odległego tlenu we Wszechświecie. Wyniki dostarczają nowego spojrzenia na narodziny i wybuchową śmierć pierwszych gwiazd.
Treść rozszerzona

Międzynarodowy zespół astronomów, którym kierował Nicolas Laporte z University College London, użył Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) do obserwacji A2744_YD4, najmłodszej i najdalszej galaktyki widzianej przez ALMA. Naukowcy byli zaskoczeni, iż ta młoda galaktyka zawiera dużo międzygwiazdowego pyłu ? pyłu powstałego w wyniku śmierci wcześniejszej generacji gwiazd.

Dalsze obserwacje przy pomocy instrumentu X-shooter na należącym do ESO teleskopie VLT potwierdziły ogromną odległość do A2744_YD4. Galaktyka wygląda w stadium, gdy Wszechświat miał zaledwie 600 milionów lat i był podczas okresu, w którym formowały się pierwsze gwiazdy i galaktyki [1].

?A2744_YD4 jest nie tylko najdalszą galaktyką zaobserwowaną do tej pory przez ALMA,? komentuje Nicolas Laporte, ?ale detekcja tak dużej ilości pyłu wskazuje, że wczesne supernowe już musiały zanieczyścić tę galaktykę?.

galaxy A2744_YD4,ALMA ALMA and Hubble Space Telescope views of the distant dusty galaxy A2744_YD4
This image is dominated by a spectacular view of the rich galaxy cluster Abell 2744 from the NASA/ESA Hubble Space Telescope. But, far beyond this cluster, and seen when the Universe was only about 600 million years old, is a very faint galaxy called A2744_YD4. New observations of this galaxy with ALMA, shown in red, have demonstrated that it is rich in dust.
Źródło:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), NASA, ESA, ESO and D. Coe (STScI)/J. Merten (Heidelberg/Bologna)

Kosmiczny pył jest zbudowany głównie z krzemu, węgla i aluminium, w małych ziarnach mierzących milionowe części centymetra. Chemiczne pierwiastki w tych ziarnach są wykuwane w gwiazdach i rozprzestrzenianie w kosmosie gdy gwiazdy te umierają, zwykle spektakularnie podczas wybuchów supernowych, czyli końcowego losu żyjących krótko gwiazd masywnych. Obecnie pyłu jest mnóstwo i jest kluczowym elementem w powstaniu gwiazd, planet i złożonych cząsteczek, jednak we wczesnym Wszechświecie ? zanim umarła pierwsza generacja gwiazd ? występował rzadko.

Obserwacje zapylonej galaktyki A2744_YD4 były możliwe dzięki temu, iż znajduje się za masywną gromadą galaktyk Abell 2744 [2]. Ponieważ zjawisko zwane soczewkowaniem grawitacyjnym, w którym gromada działa niczym gigantyczny kosmiczny teleskop powiększający bardziej odległą A2744_YD4 o 1,8 razy, pozwoliła naukowcom zajrzeć daleko we wczesny Wszechświat.

Obserwacje ALMA wykryły także w A2744_YD4 świecącą emisję od zjonizowanego tlenu. Jest to najdalszy, czyli także najwcześniejszy, tlen wykryty we Wszechświecie. Pobił inny wynik ALMA z 2016 r.

Wykrycie pyłu we wczesnym Wszechświecie dostarcza nowych informacji o tym, kiedy eksplodowały pierwsze supernowe, a tym samym także kiedy pierwsze gorące gwiazdy skąpały Wszechświat w świetle. Ustalenie czasu tego ?kosmicznego świtu? jest jednym z głównych wyzwań współczesnej astronomii i może być pośrednio badane przy pomocy analiz własności wczesnego pyłu międzygwiazdowego.

Grupa badawcza szacuje, że A2744_YD4 zawiera ilość pyłu odpowiadającą 6 milionom mas Słońca, natomiast całkowita gwiazdowa masa ? masa wszystkich gwiazd w galaktyce ? to 2 miliardy mas Słońca. Naukowcy zmierzyli także tempo procesów gwiazdotwórczych w A2744_YD4 i ustalili, iż jest to 20 mas Słońca na rok ? w porównaniu z zaledwie jedną masą Słońca rocznie w Drodze Mlecznej [3].

?Takie tempo nie jest nietypowe d la tak odległej galaktyki, ale rzuca nowe światło na to, jak szybko uformował się pył w A2744_YD4,? wyjaśnia Richard Ellis (ESO oraz University College London), współautor badań. ?Co znaczące, potrzeba było zaledwie około 200 milionów lat ? zatem jesteśmy świadkami widoku galaktyki krótko po jej uformowaniu się.?

Oznacza to, że znaczące procesy gwiazdotwórcze rozpoczęły się około 200 milionów lat przed epoką, z której obserwujemy galaktykę. Dostarcza to wspaniałej szansy dla ALMA do wspomożenia badań nad erą, w której pierwsze gwiazdy i galaktyki ?włączyły się? ? najwcześniejszej epoki zbadanej do tej pory. Nasze Słońce, nasza planeta i nasze istnienie są produktem ? po 13 miliardów lat później ? tej pierwsze generacji gwiazd. Badając ich formowanie się, życie i śmierć, sprawdzamy nasze pochodzenie.

?Dzięki ALMA widoki na dokonywanie głębszych i szerszych obserwacji podobnych galaktyk we wczesnych czasach są bardzo obiecujące? mówi Ellis.

Natomiast Laporte podsumowuje: ?Dalsze pomiary tego typu oferują ciekawą perspektywę śledzenia powstawania wczesnych gwiazd i tworzenia cięższych pierwiastków chemicznych jeszcze dawniej we wczesnym Wszechświecie.?

Uwagi

[1] Czas ten odpowiada przesunięciu ku czerwieni z=8,38, podczas epoki wtórnej jonizacji.

[2] Abell 2744 jest masywnym obiektem położonym3,5 miliarda lat od nas (przesunięcie ku czerwieni 0,308), co do którego uważa się, że jest wynikiem zderzenia czterech mniejszych gromad galaktyk. Nazwano go Gromadą Pandora, ponieważ w ciągu około 350 milionów lat zdarzyło się tam wiele dziwnym i różnych zjawisk wywołanych gigantyczną kolizją. Galaktyki stanowią zaledwie 5% masy gromady, podczas gdy ciemna materia aż 75%, powodując silny grawitacyjny wpływ potrzebny do uginania i powiększania światła galaktyk tła. Uważa się, iż pozostałe 25% całkowitej masy jest w formie gorącego gazu.

[3] Tempo to oznacza, że łączna masa gwiazd formowanych każdego roku odpowiada 20 masom Słońca.

Więcej informacji

Wyniki badań opisano w artykule pt. ?Dust in the Reionization Era: ALMA Observations of a z =8.38 Gravitationally-Lensed Galaxy?, Laporte et al., który ukaże się w The Astrophysical Journal Letters.

Skład zespołu badawczego: N. Laporte (University College London, Wielka Brytania), R. S. Ellis (University College London, Wielka Brytania; ESO, Garching, Niemcy), F. Boone (Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP), Tuluza, Francja), F. E. Bauer (Pontificia Universidad Católica de Chile, Instituto de Astrofísica, Santiago, Chile), D. Quénard (Queen Mary University of London, Londyn, Wielka Brytania), G. Roberts-Borsani (University College London, Wielka Brytania), R. Pelló (Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP), Tuluza, Francja), I. Pérez-Fournon (Instituto de Astrofísica de Canarias, Teneryfa, Hiszpania; Universidad de La Laguna, Teneryfa, Hiszpania) oraz A. Streblyanska (Instituto de Astrofísica de Canarias, Teneryfa, Hiszpania; Universidad de La Laguna, Teneryfa, Hiszpania).

Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) jest międzynarodowym kompleksem badawczym w ramach partnerstwa pomiędzy ESO, U.S. National Science Foundation (NSF) oraz National Institutes of Natural Sciences (NINS) of Japan, we współpracy z Chile. ALMA jest finansowana przez ESO w imieniu Krajów Członkowskich, przez NSF we współpracy z National Research Council of Canada (NRC) i National Science Council of Taiwan (NSC) oraz przez NINS we współpracy z Academia Sinica (AS) na Tajwanie i Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI).

Budowa i zarządzanie ALMA są kierowane przez ESO w imieniu Krajów Członkowskich, przez National Radio Astronomy Observatory (NRAO), zarządzane przez Associated Universities, Inc. (AUI), w imieniu Ameryki Północnej oraz przez National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) w imieniu Azji Wschodniej. Joint ALMA Observatory (JAO) umożliwia zunifikowane kierowanie i zarządzanie budową, testowaniem i działaniem ALMA.

ESO jest wiodącą międzyrządową organizacją astronomiczną w Europie i najbardziej produktywnym obserwatorium astronomicznym na świecie. Wspiera je 16 krajów: Austria, Belgia, Brazylia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Holandia, Niemcy, Polska, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy. ESO prowadzi ambitne programy dotyczące projektowania, konstrukcji i użytkowania silnych naziemnych instrumentów obserwacyjnych, pozwalając astronomom na dokonywanie znaczących odkryć naukowych. ESO odgrywa wiodącą rolę w promowaniu i organizowaniu współpracy w badaniach astronomicznych. ESO zarządza trzema unikalnymi, światowej klasy obserwatoriami w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO posiada teleskop VLT (Very Large Telescope - Bardzo Duży Teleskop), najbardziej zaawansowane na świecie astronomiczne obserwatorium w świetle widzialnym oraz dwa teleskopy do przeglądów. VISTA pracuje w podczerwieni i jest największym na świecie instrumentem do przeglądów nieba, natomiast VLT Survey Telescope to największy teleskop dedykowany przeglądom nieba wyłącznie w zakresie widzialnym. ESO jest głównym partnerem ALMA, największego istniejącego projektu astronomicznego. Z kolei na Cerro Armazones, niedaleko Paranal, ESO buduje 39-metrowy teleskop E-ELT (European Extremely Large Telescope - Ekstremalnie Wielki Teleskop Europejski), który stanie się ?największym okiem świata na niebo?.

Linki

Krzysztof Czart
Urania - Postępy Astronomii
Toruń, Polska